JPS63227618A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関するも
のでアシ、さらに詳しくは、耐湿性及び耐クラツク性に
優れる上に、成形性が良好な半導体封止用エポキシ樹脂
組成物に関するものである。

（従来の技術） 従来、ダイオード、トランジスタ、ＩＣなどの電子部品
においては、ガラス、金属、セラミックスを用いたハー
メチックシール方式に比較して経済的に有利なことから
、熱硬化性樹脂を用いて封止する方法が広く実用化され
ている。この封正に用いられる樹脂組成物としては、熱
硬化性樹脂組成物の中でも信頼性や価格の点から、エポ
キシ樹脂組成物が最も一般的に用いられている。

該エポキシ樹脂組成物としては、これまで、クレゾール
ノジラツク型エポキシ樹脂やフェノールノぎラック型エ
ポキシ樹脂と硬化剤としてのノーラック型フェノール樹
脂とを主体としたものが、耐熱性や耐湿性などに優れて
いるために広く用いられている。

一方、近年、電子機器産業の急速な発展に伴い、半導体
素子自体−の大型化や高密度化が進み、またノぞツケー
ジ形状が薄肉小型化される傾向にある。

このような半導体素子の封正に、ノーラック型エポキシ
樹脂を主体とした従来のエポキシ樹脂組成物を用いた場
合、あるものは成形後にクラックを生じたシ、素子が正
常に機能しなかったりするし、またあるものは成形後の
強制加湿劣化テスト（ＰＯＴ）を行った場合に、半導体
デノ々イスが断線不良を起こしたシするなど、好ましく
ない事態を招来する。これらの原因の一つとして、半導
体や基板の熱膨張係数とエポキシ樹脂組成物の熱膨張係
数との違いが挙げられる。すなわち、半導体素子やリー
ドフレームは熱膨張係数が極めて小さいのに対し、エポ
キシ樹脂組成物のそれは大きな値である。このような両
者の熱膨張係数の大きな差異により、温度変化が生じた
場合には、歪が生じるのを免れない。この歪は、樹脂の
弾性により、少しは緩和されるものの、従来の樹脂組成
物は剛直であるために緩和効果は小さく、その結果、耐
重樹脂と素子やリードフレームとの間に過大な内部応力
が発生して、樹脂のクラックや、フレームとの接着面の
剥離、素子上の回路の変形などが生じるのを免れない。

そこで、従来、このような欠点を改良する目的で、ノー
ラック型エポキシ樹脂を主体とした樹脂組成物に、例え
ばたわみ性を付与するためにゴム状樹脂を添加する方法
や、熱膨張係数の小さなシリカやアルミナなどの無機光
てん材を従来よりも多量に配合する方法などがとられて
きた。

しかしながら、前者の方法においては、たとえ耐熱衝撃
性の改善がなされても、耐湿性がそこなわれたり、デノ
々イスの外観不良が生じたりするなど、他の物性が劣化
する欠点があり、一方、後者の方法においては、熱膨張
係数の改善はある程度なされるものの、成形時の流動性
が著しく劣化し、充てん不良を起こしたシ、ジンディン
グワイヤオープンなどの不良が多発するなどの問題があ
る。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、このような事情のもとで、耐湿性及び耐クラ
ツク性に優れる上に、成形性が良好な半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物を提供することを目的としてなされたも
のである。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明者らは、このような優れた特徴を有する半導体封
止用エポキシ樹脂組成物を開発するために鋭意研究を重
ねた結果、エポキシ樹脂として特定の化合物を用い、こ
れに硬化剤を、さらに好ましくは無機質充てん材、ゴム
状樹脂を配合することによシ、前記目的を達成しうろこ
とを見い出し、この知見に基づいて本発明を外すに至っ
た。

すなわち、本発明は、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬化
剤及び無機質充てん剤とからなる半導体封止用エポキシ
樹脂組成物において、下記式（Ｉ）で表わされるエポキ
シ化合物と、下記一般式（Ｉｆ）（式中の几、Ｒ′及び
Ｂｊｌはハロゲン原子又は炭素数１〜４のアルキル基、
Ｘ及びＸ′は炭素数１〜４のアルキレン基、スルホン基
、カルシニル基、酸素原子、硫黄原子又は化学結合、ｎ
　、　ｎ’及びｎ“はＯ又は１〜４の整数、ｍは０又は
１〜１０の整数である）で表わされるフェノール性化合
物の中から選ばれた少なくとも１種との反応生成物から
成シ、かつ全エポキシ当量が２３０〜３２０の範囲にあ
るエポキシ樹脂を用いることを特徴とする半導体封止用
エポキシ樹脂組成物である。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明半導体封止用エポキシ樹脂組成物に使用されるエ
ポキシ樹脂の構成成分の１つである前記式（１）で表わ
されるエポキシ化合物は、例えばビス（３，５−ジメチ
ル−４−ヒドロキシフェニル）スルホンとエビハロヒド
リンとを原料として公知の方法によって製造することが
できる。

また、一般式（ＩＩ）で表わされるフェノール性化合物
は、公知の化合物でめシ、このようなものとしテハ、例
エバヒス（４−ヒドロキシフェニル）プロノξン、ビス
（ａ、Ｓ−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン
、４．４’−ジヒドロキシピフェニル、ビス（３，５−
−、ｆｆブロモ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、ビ
ス（４−ヒドロキシフェニル）スルホンなどの２価フェ
ノール類や、フェノールノＲラック、オルンクレゾール
ノＩラックなどが挙げられる。これらの多価フェノール
はそれぞれ単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わ
せて用いてもよい。

また、一般式（ＩＩ）で示されるフェノール性化合物カ
ヒｙ、（３，５−−）メチル−４−ヒドロキシフェニル
）スルホンの場合も、本発明の範囲に含まれるが、この
場合には、この化合物に対し、適当量のエビハロヒドリ
ンを反応させて、直接本発明のエポキシ樹脂組成物を製
造することも可能である。

このようにして、式（Ｉ）のエポキシ化合物と一般式（
Ｉｆ）のフェノール性化合物とを反応させて得られる生
成物は、未反応のまま残る式（１）のエポキシ化合物と
、両者の反応生成物、すなわち下記一般式（至）（式中
のＲ，Ｒ’、Ｒ“＋　Ｘ　＋　Ｘ’＋　ｎ　、　Ｅｌ’
及びｎ“は前記と同じ意味であシ、Ｙ　、　Ｙ’及びＹ
“は式で表わされる残基、ｐと！、ｐ′とλ′及びｐ“
とぶ“は、それぞれの組合せでいずれか一方が１で他方
が０でｔｐｐ、ｐ、、ｘ’及びａ“の中の少なくとも１
つは１である） で表わされるエポキシ化合物との混合物から成つている
と考えられる。

本発明組成物に用いられる前記エポキシ樹脂の全エポキ
シ当量は２３０〜３２０、好ましくは２４０〜３００の
範囲であって、全エポキシ当量が２３０以下の場合樹脂
の軟化温度が５０℃より低くなシ、該エポキシ樹脂と他
の成分を混練して半導体封止用エポキシ樹脂組成物を工
業的に製造する際に不都合を生じる。すなわち、半導体
封止用エポキシ樹脂組成物を製造する際には、エポキシ
樹脂と硬化剤などの他成分との分散を良くする為、エポ
キシ樹脂を粉砕機等で粉砕した後、他成分とともにロー
ｌ−，エクストルーダー、ニーダミキサー、ヘンシェル
ミキサーなどの混合装置に供給し混練する方法が一般に
行なわれる。しかしながら、軟化温度が５０℃よシも低
い場合、樹脂の粉砕が不充分になるばかシか、樹脂が粉
砕機に付着し、取シ出し・運搬が繁雑になるなどの事態
を招く。さらには、混線装置へのフィードの際にフィー
ドロでブリッジ現象を起こすなどの不都合を生ずる場合
もある。一方、全エポキシ当量が３２０以上では樹脂の
溶融粘度が著しく高くなシ、これを用いた半導体封止用
エポキシ樹脂組成物の成形性を悪化させるため好ましく
ない。

さらに、通常のグリシジル型エポキシ樹脂と同様に、一
般式（１）で示されるエポキシ樹脂中１では、微量の塩
素を含む化合物が不純物として混合することが知られて
いるが、本発明の半導体対土用樹脂組成物においては、
このような塩素化合物の混入量ができるだけ少ないエポ
キシ樹脂を用いるととが好ましい。

本発明組成物に用いられるエポキシ樹脂硬化剤としては
、従来慣用されている公知のものでよく、例えばフェノ
ールノゼラツク凰樹脂、クレゾールノぽラック型樹脂な
どのフェノール系硬化剤、無水フタル酸、無水ピロメリ
ット酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水へキサヒドロ
フタル酸、無水ベンゾフェノンテトラカルジン酸などの
酸無水物系硬化剤、ジシアンジアミド、ジアミノジフェ
ニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、メタフェニ
レンジアミン、ビス（３−メチル−４−アミノフェニル
）メタン、ビス（４−アミノ−シクロヘキシル）メタン
などのアミン系硬化側方どが挙げられる。これらの硬化
剤の配合量は、エポキシ樹脂の重合度や硬化剤の種類に
よシ異なるが、該エポキシ樹脂１００重量部に対し、好
ましくは１〜１００重量部の範囲で選ばれる。

本発明組成物に用いられる無機質充てん剤としては、例
えば結晶シリカ粉末、溶融シリカ粉末などのシリカ粉末
の他に、アルミナ、タルク、マイカ、炭酸カルシウム、
ガラス粉末、あるいは酸化アンチモンのような難燃化助
剤などが挙げられる。

さらに窒化アルミ臣つム、７ｙロンナイトライド、酸化
マグネシウムなどの高熱導性を有する無機質や、窒化ケ
イ素、コージェライトなどの低熱膨張性の無機質も用い
ることができ、前者の高熱導性を有する無機質を用いる
ことによル、樹脂封止半導体デノ々イスの熱放散性を改
善することができるし、また後者の低熱膨張性の無機質
を用いることにより、成形物の熱膨張係数を改良するこ
とも可能である。。

これらの無機質充てん材の配合量は、組成物の全重量に
基づき、好ましくは５０〜９０重量％、さらに好ましく
は６０〜８５重量％の範囲で選ばれる。

この配合量が前記範囲未満では硬化物の熱膨張率が大き
く、かつ熱伝導性が低くなるし、一方前記範囲を超える
と該組成物の成形流動性が著しく低下し、成形が極めて
困難になるので好ましくない。

前記無機質充てん材は、通常０．２〜５００μｍの粒径
のものが使用され、またその形状については破砕状及び
球状のいずれのものも用いることができるが、好ましい
粒径やその分布及び形状は、成形に使用する金型の形状
などによって異なシ、良好な成形性が得られ、かつＡ　
Ｉ）の発生や成形時のワイヤオープンなどの不良が起こ
らないように適宜選択される。さらに、該無機質充てん
材として、例えばウランやトリウムなどの放射線不純物
の少々いものを用いることによシ、α線によるソフトエ
ラー率を低減できる。

本発明組成物に、さらにたわみ性を付与するためにゴム
状樹脂を添加することにより、耐湿信頼性をよシ一層向
上させることができる。ゴム状樹脂としては、例えば天
然ゴムや、ポリブタジェン、ポリイソプレン、スチレン
−ブタジェン共重合体、エチレン−プロピレン共重合体
などの汎用の合成ジム、ブタ・クエン−アクリロニトリ
ル共重合体、ポリザルファイド、ポリシロキサン、フッ
化ビニリデン系共重合体などの特殊ビム、ポリエチレン
グリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアル
キレングリコール類、その他キシレン樹脂、ポリビニル
アルコール、ポリビニルアセタール、熱可塑性ニジスト
マーなどが挙げられる。さらに、これらの高分子化合物
の一部をエポキシ基、アミノ基、水酸基、カル？キシル
基、イソシアネート基などで変性したものも用いること
ができる。また、これらのゴム状樹脂はそれぞれ単独で
用いてもよいし、２′ｓ以上を組み合わせて用いてもよ
い。

前記ゴム状樹脂の配合量は、エポキシ樹脂１００重量部
に対して１好ましくは１〜４０重量部、よシ好ましくは
５〜３０重量部の範囲で選ばれる。この配合量が前記範
囲よシ少ない場合は、耐衝撃性の改良効果がほとんど認
められず、一方多い場合は、外観不良や耐湿性の低下な
どをもたらし、好ましくない。該ゴム状樹脂の分子量に
ついては、樹脂の種類によシ異なるが、通常５００〜５
０，０００　、好ましくは５００〜１０，０００．特に
好ましくは７００〜３０００の範囲のものを用いること
が望ましい。

本発明組成物には、必要に応じて、イミダゾール又はそ
の誘導体、第三級アミン類、ホスフィン誘導体、シクロ
アミジン誘導体、三フッ化ホウ素〜アミン錯体などの硬
化促進剤；ブロム化ビスフェノール系エポキシ樹脂、ブ
ロム化ノーラック型エポキシ樹脂などのハロゲン化エポ
キシ樹脂やリン化合物、その他公知のハロゲン含有の難
燃化剤；高級脂肪酸、エステル系ワックスで代表される
内部離型剤；エポキシシラン、ビニルシラン、アミノシ
ラン、戸ラン化合物、アルコキシチクネート化合物、ア
ルミキレート系化合物などのカップリング剤；カージン
ブラックなどの顔料などを配合するととができる。

本発明組成物は、前記のエポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬
化剤、無機質充填剤及び必要に応じて用いられる他の成
分をローラー、エクストルーダー、ニーダミキサー、ヘ
ンシェルミキサーなどの混合装置を用いて均一に混練す
ることによシ容易に製造することができる。なお、ザム
状樹脂は一般にエポキシ樹脂や硬化剤との相溶性が低い
ため、これを均一に分散させるだめに、あらかじめエポ
キシ樹脂、硬化剤、あるいは無機質充てん材と予備混合
する方法や、加熱処理により、一部反応させる方法など
を採用することが好ましい。また、充てん材と樹脂との
密着性を良好にするなどの目的で、収光てん材を前記カ
ップリング剤によシ、あるかじめ処理することも可能で
ある。

（発明の効果） 本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、耐？ｌ性
及び耐熱衝撃性に優れる上に、成形性や成形品の外観が
良好であるなど、優れた特徴を有し、半導体封止用樹脂
組成物として極めて有用である。

（実施例） 次に実施例によシ本発明をさらに詳細に説明するが、本
発明はこれらの例によってなんら限定されるものではな
い。

なお、各物性は次のようにして評価した。

（１）耐湿性 エポキシ樹脂組成物を用いて、２本のアルミニウム配線
を有する素子２２４個を全型に設置し、１７０℃、７０
〜／ｃｍ２．９０秒の条件でトランスファ成形し、さら
に１７０℃、４時間後硬化させて得た封止電気部品のう
ち１００個について、１２０℃の高圧水蒸気下に、１５
Ｖのノイアス電圧をかけ、５０％の断線が起こる時間を
求め、評価した。

（２）耐熱衝撃性 エポキシ樹脂組成物を、１７０℃、７０％／ｃｍ”、９
０秒の条件でトランスファ成形し、　　２５　Ｘ　２５
　Ｘ　３＋＋ｍの銅板を３０　Ｘ　２５　Ｘ　５ｍの成
形品の底面に埋め込んだのち、この成形品をさらに１７
０℃で４時間後硬化し、次いで一５０℃と２００℃の条
件下で３０分間ずつ放置し、４０サイクルを繰り返した
のちの樹脂クラックを調べた。

製造例１　ニブキシ樹脂囚の製造 ピ１ス（２，６−−、ｆｆメチル−４−ヒドロキシフェ
ニル）スルホン３０６重量部、エピクロルヒドリン９２
５重量部を混合し、７０℃に加熱した。次いで４８重量
％水酸化ナトリウム水溶液１６７重量部を３時間かけて
徐々に滴下したのち、さらに８０℃に昇温し、１時間反
応させた。反応終了後冷却し、水層を捨て、３００重量
部の温水で３回洗浄したのち、減圧下で未反応のエピク
ロルヒドリンを留出除去した。このようにして粗工２キ
シ樹脂を得た。次に、との粗エポキシ樹脂１００重量部
をメチルイソブチルケトン２００重量部に加熱溶解し、
８０℃の温度で４０重量％水酸化ナトリウム水溶液１．
２６重量部を加えて１時間反応させたのち冷却し、１０
０重量部の温水で３回洗浄し、減圧下で溶媒を完全に留
出除去した。

このようにして、無色固体の一般式（Ｉ）で示される精
製エポキシ樹脂９８重量部を得た。このもののエポキシ
当量は２２４、含有塩素量は５２０　ｐｐｍであった。

以下この精製エポキシ樹脂をＸと略す。

次に、反応器に上記Ｘ１１２重量部を仕込み、窒素雰囲
気下にかきまぜながら、１５０℃に昇温したのチ、ビス
（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）スルホ
ンｓ、ｓｉ量部ト）　’Ｊ　７　ｘ＝ニルヘンルホスホ
ニウムクロリド０．１１重量部をメチルイソブチルケト
ン２０重量部に溶解させた液を滴下した。１５０℃に保
って２時間反応させたのち、冷却後、２００重量部のメ
チルイソブチルケトンを加えた反応液を十分に水洗後、
減圧下にメチルイソブチルケトンを留去し、乾燥してエ
ポキシ当量２５５のエポキシ樹脂（４）を得た。

製造例２　エポキシ樹脂（Ｂ）の製造 前記エポキシ樹脂Ｘ１１２重量部とビス（３，５−ジメ
チル−４−ヒドロキシフェニル）スルホン１１．４部を
反応させる以外は製造例１と同様にしてエポキシ当量２
９０の工２キシ樹脂（Ｂ）を得た。

製造例３　エポキシ樹脂（０）の製造 前記エポキシ樹脂ｘ１１２重量部とフェノールノゼラツ
ク〔大日本インキ（株）製、ノロ−カムＴＤ　−２１３
１〕４．６重量部とを反応させる以外は製造例１と同様
にしてエポキシ当量２５６のエポキシ樹脂を得た。

製造例４　エポキシ樹脂■）の製造 フェノールノブラックの量を７．２重量部とする以外は
製造例３と同様にしてエポキシ当量２７７のエポキシ樹
脂（Ｄ）を得た。

製造例５　エポキシ樹脂（Ｅ）の製造 ビス（３，５−−７メチルー４−ヒドロキシフェニル）
スルホン２０．３重量部を反応させる以外は、製造例２
と同様にしてエポキシ当量３６０のエポキシ樹脂（Ｅ）
を得た。

フェノールノブラックの量を１３．６重量部とする以外
は製造例３と同様にしてエポキシ当量３４０のエポキシ
樹脂（Ｆ）を得た。

実施例１〜４、比較例１〜３ 第１表に示す配合割合に従って、各成分を９０〜１２０
℃の熱ロールにて混練したのち、冷却後粉砕し、エポキ
シ樹脂組成物を得た。この組成物をタブレット状に加工
し、高周波加熱機で予熱後、ト第　　　１　　　表 ランスファ成形によシ成形品を作成し、各物性を求めた
。その結果を第２表に示す。

あわせて耐湿性試験用サンプルの成形時に、金型の未充
填の発生の有無の結果を第２表に示す。

以下余白 −２０＝ 実施例５〜６、比較例４ 第３表に示す各種ザム状樹脂を用い、第４表に示す配合
割合に従って、各成分を９０〜１２０℃の熱ロールにて
混練したのち、冷却後粉砕し、エポキシ樹脂組成物を得
た。この組成物をタブレット状に加工し、高周波加熱機
で予熱後、トランスファ成形により成形品を作成し、各
物性を求めた。その結果を第５表に示す。

あわせて耐湿性試験用サンプルの成形時に、金型の未充
填の発生の有無の結果を第５表に示す。

第　　３　　表 第　　４　　表 注、＊１　、　＊２　、　＊３　、　＊４共に第１表の
ものと同じものを示す。

第　　５　　表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬化剤及び無機質充てん剤
   とからなる半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、
   下記式（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼……（ I ） で表わされるエポキシ化合物と、下記一般式（II）▲数
   式、化学式、表等があります▼……（II） （式中のＲ、Ｒ′及びＲ″はハロゲン原子又は炭素数１
   〜４のアルキル基、Ｘ及びＸ′は炭素数１〜４のアルキ
   レン基、スルホン基、カルボニル基、酸素原子、硫黄原
   子又は化学結合ｎ，ｎ′及びｎ″は０又は１〜４の整数
   、ｍは０又は１〜１０の整数である）で表わされるフエ
   ノール性化合物の中から選ばれた少なくとも１種との反
   応生成物から成り、かつ全エポキシ当量が２３０〜３２
   ０の範囲にあるエポキシ樹脂を用いることを特徴とする
   半導体封止用エポキシ樹脂組成物